(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が島状半導体から構成され、画素領域に２次元状に配列されている固体撮像装置において、
基板上に、第１半導体領域が形成され、
前記第１半導体領域上に前記島状半導体を構成する母体半導体領域が形成され、
前記第１半導体領域から離間した前記母体半導体領域の外周部に、前記母体半導体領域とダイオード領域を形成する第２半導体領域が形成され、
前記第２半導体領域の上部において、前記母体半導体領域に接するように、前記第２半導体領域と反対の導電型を有する第３半導体領域が形成され、
前記第３半導体領域は、前記島状半導体の上端部表面から入射した入射光が前記第３半導体領域にて吸収され、これにより発生した信号電荷を、前記第３半導体領域で再結合させて消滅させるに十分な量のアクセプタ、又はドナー不純物を含んでおり、
前記島状半導体は、少なくとも２つの異なる厚さを有する前記第３半導体領域を含んで形成され、
前記島状半導体において、最も厚さの薄い前記第３半導体領域を有する第１島状半導体、又は、２番目に厚さが薄い前記第３半導体領域を有する第２島状半導体の、前記第３半導体領域上に原色型又は補色型のカラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタを透過した光には、前記カラーフィルタの下方にある前記第１島状半導体、又は、前記第２島状半導体内の前記ダイオード領域で光吸収、及び信号電荷蓄積を行う光波長成分が含まれ、
前記固体撮像装置による撮像動作が、
前記第２半導体領域と前記母体半導体領域とからなるダイオード領域において、前記島状半導体の上端部表面から入射した光を吸収し、信号電荷を発生させる光電変換動作と、
前記発生信号電荷を前記ダイオード領域に蓄積する信号電荷蓄積動作と、
前記第１半導体領域と前記第３半導体領域のいずれかをソース、又はドレインとし、前記第２半導体領域をゲートとし、前記第２半導体領域で囲まれた前記母体半導体領域をチャネルとした接合電界効果トランジスタに流れるソース・ドレイン電流を検出することにより、前記ダイオード領域に蓄積された信号電荷量を検知する蓄積信号電荷量読み出し動作と、
前記ダイオード領域に蓄積された信号電荷を前記第１半導体領域に除去する信号電荷除去動作と、を備える、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１島状半導体は上端部表面から入射した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光を透過する前記第３半導体領域を有し、
前記第２島状半導体は上端部表面から入射した、青色波長光を吸収する前記第３半導体領域を有し、
前記島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光及び緑色波長光を吸収する前記第３半導体領域を有する第３島状半導体をさらに備え、
前記第１島状半導体の前記ダイオード領域が、前記第１島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行い、
前記第２島状半導体の前記ダイオード領域が、前記第２島状半導体の上端部表面から入射した、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行い、
前記第３島状半導体の前記ダイオード領域が、前記第３島状半導体の上端部表面から入射した赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積と、を行うように、
前記第１島状半導体の前記第３半導体領域の厚さが前記第２島状半導体の前記第３半導体領域の厚さより薄く、前記第２島状半導体の前記第３半導体領域の厚さが前記第３島状半導体の前記第３半導体領域の厚さより薄く、かつ、
前記第１島状半導体、前記第２島状半導体、前記第３島状半導体が隣接するように形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
さらに、前記第１島状半導体上、又は、前記第２島状半導体上のいずれか一方に前記原色型又は補色型のカラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタを透過した光には、前記カラーフィルタの下方にある前記第１島状半導体内、又は、前記第２島状半導体内の前記ダイオード領域で光吸収、及び信号電荷蓄積を行う光波長成分が含まれる、ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記画素領域において、青色波長光を透過するカラーフィルタが上部に形成された前記第１島状半導体と、前記青色波長光を透過するカラーフィルタが上部に形成されていない前記第１島状半導体と、が形成され、前記青色波長光を透過するカラーフィルタが上部に形成されていない前記第１島状半導体から青色波長光成分、緑色波長光成分及び赤色波長光成分を含む白色信号電流が得られる、ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記島状半導体は、
前記第３半導体領域を透過した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第４島状半導体と、
前記第３半導体領域を透過した、緑色波長光及び赤色波長光の一方又は双方の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第５島状半導体と、を有し、
前記第５島状半導体の前記第３半導体領域の厚さが前記第４島状半導体の前記第３半導体領域の厚さと等しいか、又は厚く、
前記画素領域に、前記第４島状半導体及び前記第５島状半導体における前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域と同様な構造を有する第６島状半導体が形成され、
前記第６島状半導体上に、原色型又は補色型カラーフィルタが形成され、
前記第４島状半導体、前記第５島状半導体、前記第６島状半導体が隣接するように形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記島状半導体は、
前記第３半導体領域を透過した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換により得られた信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第７島状半導体と、
前記第３半導体領域を透過した、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第８島状半導体と、を有し、
前記第８島状半導体の前記第３半導体領域の厚さが前記第７の島状半導体の前記第３半導体領域の厚さより厚く形成され、
前記画素領域に、前記第７島状半導体及び前記第８島状半導体における前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域と同様な構造の第２半導体領域及び第３半導体領域を有する第９島状半導体が形成され、
前記第９島状半導体上に、原色型又は補色型カラーフィルタが形成され、
前記第７島状半導体、前記第８島状半導体、前記第９島状半導体が隣接するように形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記基板と前記第１半導体領域との間に光を透過する絶縁層が形成され、前記絶縁層の厚さが、前記島状半導体の上端部表面から入射した光線の内、前記絶縁層から前記島状半導体の前記ダイオード領域に戻る光線の赤波長成分が緑波長成分よりも多くなるように設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記画素領域において、前記第３半導体領域は、少なくとも２つの異なる厚さを有する前記島状半導体が、ジグザグ状又は市松状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、詳しくは、島状半導体（柱状半導体）を用いて画素を形成し、高画素密度化、高感度化、高ダイナミックレンジ化が実現できるカラー撮像用固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ及びＣＭＯＳ型などのカラー撮像用固体撮像装置はビデオカメラ、スティールカメラなどに多く用いられている。そして、これらの用途では、カラー撮像用固体撮像装置の高画素密度化、高感度化、高ダイナミックレンジ化などの性能向上が求められている。
【０００３】
図６に、従来例のＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置における断面構造図を示す(例えば、特許文献１を参照)。
Ｐ領域（以下、アクセプタ不純物を含むＰ型半導体領域を「Ｐ領域」で示す。）シリコン（以下、「Ｓｉ」で示す。）基板１００表面に、例えばＬＯＣＯＳ（Local  Oxidation of Silicon）法によって分離（Isolation）用酸化シリコン層（以下、ＳｉＯ２層で表す）１０１ａ〜１０１ｄが形成されている。これら分離用ＳｉＯ２層１０１ａ〜１０１ｄの間に、Ｎ領域（以下、ドナー不純物を含んだＮ型半導体領域を「Ｎ領域」で示す。）１０２ａ〜１０２ｃが形成されている。
【０００４】
図６では、Ｐ領域基板１００とＮ領域１０２ａ〜１０２ｃとによって、ＰＮ接合によるフォトダイオードが形成されている。Ｎ領域１０２ａ〜１０２ｃの上面から入射した入射光（電磁エネルギー波）は、Ｎ領域１０２ａ〜１０２ｃと、この下方のＰ領域基板１００において光電変換され、信号電荷（この場合、自由電子）が発生する。発生した信号電荷は、フォトダイオードに蓄積され、所定の時期に信号出力電流として外部に設けた出力回路に取り出される。【０００５】
分離用ＳｉＯ２層１０１ａ〜１０１ｄとＮ領域１０２ａ〜１０２ｃ上に、層間ＳｉＯ２層１０３が形成されている。この層間ＳｉＯ２層１０３上に金属配線１０４ａ〜１０４ｄが形成されている。そして、層間ＳｉＯ２層１０３と金属配線１０４ａ〜１０４ｄ上に、例えばＳｉＯ２又は有機材料層からなる保護用絶縁層１０５が形成されている。【０００６】
図６では、保護用絶縁層１０５の上面は平坦化されている。この保護用絶縁層１０５上に、上面に垂直な方向から見てフォトダイオードを形成するＮ領域１０２ａ〜１０２ｃを囲むように、赤色（Ｒ）用カラーフィルタ１０６Ｒ、緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１０６Ｇ、青色（Ｂ）用カラーフィルタ１０６Ｂが配置されている。そして、赤色（Ｒ）用カラーフィルタ１０６Ｒ、緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１０６Ｇ、青色（Ｂ）用カラーフィルタ１０６Ｂの間には分離用絶縁層１０７ａ〜１０７ｃが形成されている。【０００７】
Ｎ領域１０２ａ〜１０２ｃの上面から入射した入射光のなかで、赤色（Ｒ）用カラーフィルタ１０６Ｒは、主として赤色波長光を透過させる層である。緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１０６Ｇは、主として緑色波長光を透過させる層である。青色（Ｂ）用カラーフィルタ１０６Ｂは、主として青色波長光を透過させる層である。【０００８】
赤色（Ｒ）用カラーフィルタ１０６Ｒ（以下、「カラーフィルタ１０６Ｒ」と略記する。）、緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１０６Ｇ（以下、「カラーフィルタ１０６Ｇ」と略記する。）、青色（Ｂ）用カラーフィルタ１０６Ｂ（以下、「カラーフィルタ１０６Ｂ」と略記する。）は、顔料又は染料を含むフォトレジストから形成される。緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１０６Ｇは、フォトリソグラフィ（Photolithography）技術によって形成され、カラーフィルタ１０６Ｇ上から保護用絶縁層１０５と分離用絶縁層１０７ａとで被覆される。フォトリソグラフィ技術によって、分離用絶縁層１０７ａ上にカラーフィルタ１０６Ｒと、カラーフィルタ１０６Ｂとが形成される。分離用絶縁層１０７ｃは、カラーフィルタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂの保護層としても機能する。
【０００９】
図６に示すＰ領域基板１００上に形成された分離用ＳｉＯ２層１０１ａ〜１０１ｄ、Ｎ領域１０２ａ〜１０２ｃ、金属配線１０４ａ〜１０４ｄは、マイクロプロセッサ、メモリなどにおいて用いられている微細加工技術である先端ＣＭＯＳ微細加工技術によって形成されている。図６には示していないが、分離用ＳｉＯ２層１０１ａ〜１０１ｄ、Ｎ領域１０２ａ〜１０２ｃ、金属配線１０４ａ〜１０４ｄと同様に、Ｐ領域基板１００上に、ドライバ回路、信号処理回路などを形成するためのＣＭＯＳトランジスタが、この先端ＣＭＯＳ微細加工技術によって形成されている。
【００１０】
一方、カラーフィルタ１０６Ｒ、カラーフィルタ１０６Ｇ、カラーフィルタ１０６Ｂには、この先端ＣＭＯＳ微細加工技術を用いることができず、それとは別のフォトレジスト材料を用いるフォトリソグラフィ技術によって形成されている。【００１１】
このフォトリソグラフィ技術による、カラーフィルタ１０６Ｒ、カラーフィルタ１０６Ｇ、カラーフィルタ１０６Ｂの微細化可能寸法（最小加工寸法）は、前述した先端ＣＭＯＳ微細加工技術による微細化可能寸法よりも粗い（大きな）ものとなる。このように、このカラーフィルタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂに微細加工技術を適用することができないことが、ＣＭＯＳ固体撮像装置の更なる高画素密度化を阻んでいる。【００１２】
さらに、カラーフィルタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂを形成するためのプロセス、装置は、前述した先端ＣＭＯＳ微細加工技術で用いられるプロセス、装置とは異なり、コスト増大の原因となっている。これは、固体撮像装置のコスト低減化のための課題となっている。
また、カラーフィルタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂ材料自体で光吸収が起こるため、カラーフィルタ１０６Ｒでは赤色（Ｒ）波長領域において光透過率１００％を実現できない。これと同様にカラーフィルタ１０６Ｇ、カラーフィルタ１０６Ｂにおいても、それぞれ、緑色（Ｇ）波長領域、青色（Ｂ）波長領域での光透過率１００％を実現できない。このように、カラーフィルタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂの光透過率の向上を阻害する光吸収が、ＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の高感度化を阻んでいる。【００１３】
以下、図７Ａ〜図７Ｃを参照して、別の従来例のカラー撮像用固体撮像装置を説明する。
図７Ａに、１個の島状半導体に１個の画素が構成されている固体撮像装置の断面構造図を示す（例えば、特許文献２を参照）。
図７Ａを参照して、基板１１１上に、信号線Ｎ＋領域１１２（以下、ドナー不純物が多く含まれる半導体領域を「Ｎ＋領域」とする。）が形成されている。信号線Ｎ＋領域１１２上に島状半導体１１０が形成されている。島状半導体１１０内、かつ信号線Ｎ＋領域１１２に繋がるＰ領域１１３の外周部に絶縁層１１４が形成され、この絶縁層１１４を介在させて導体層１１５が形成されている。この導体層１１５の上方におけるＰ領域１１３の外周部に、Ｎ領域１１６が形成されている。このＮ領域１１６及びＰ領域１１３上に、Ｐ＋領域（以下、アクセプタ不純物が多く含まれる半導体領域を「Ｐ＋領域」とする。）１１７が形成されている。このＰ＋領域１１７は、画素選択線導体層１１８に接続されている。上述した絶縁層１１４は、島状半導体１１０の外周部を囲んだ状態で互いに繋がっている。この絶縁層１１４と同様に、導体層１１５も、島状半導体１１０の外周部を囲んだ状態で互いに繋がっている。【００１４】
この固体撮像装置では、島状半導体１１０内において、Ｐ領域１１３とＮ領域１１６とからフォトダイオード領域１１９が形成されている。ここで、島状半導体１１０の上端部表層のＰ＋領域１１７側から光が入射すると、当該フォトダイオード領域１１９における光電変換領域にて信号電荷（ここでは、自由電子）が発生する。そして、発生した信号電荷は、主としてフォトダイオード領域１１９のＮ領域１１６に蓄積される。【００１５】
また、島状半導体１１０内において、このＮ領域１１６をゲート、Ｐ＋領域１１７をソースとし、信号線Ｎ＋領域１１２近傍のＰ領域１１３をドレインとした接合電界効果トランジスタが構成されている。
この固体撮像装置では、接合電界効果トランジスタのドレイン・ソース間電流（出力信号）が、Ｎ領域１１６に蓄積された信号電荷量に応じて変化し、信号線Ｎ＋領域１１２から信号出力として取り出される。【００１６】
さらに、島状半導体１１０内には、フォトダイオード領域１１９のＮ領域１１６をソース、導体層１１５をゲート、信号線Ｎ＋領域１１２をドレイン、Ｎ領域１１６と信号線Ｎ＋領域１１２間のＰ領域１１３とをチャネルとしたＭＯＳトランジスタが形成されている。
この固体撮像装置では、Ｎ領域１１６に蓄積された信号電荷は、ＭＯＳトランジスタのゲートである導体層１１５にオン電圧（高レベル電圧）が印加されることで、信号線Ｎ＋領域１１２に除去される。【００１７】
なお、本明細書では、「高レベル電圧」とは、信号電荷が自由電子の場合は、より高いレベルの正電圧を示し、「低レベル電圧」とは、この「高レベル電圧」と比較して絶対値が低い電圧をいうものとする。したがって、信号電荷が正孔の場合は、「高レベル電圧」は、より低いレベルの負電圧を意味し、「低レベル電圧」とは、「高レベル電圧」よりも０Ｖに近い電圧をいうものとする。【００１８】
この固体撮像装置の撮像動作は、信号線Ｎ＋領域１１２、導体層１１５、Ｐ＋領域１１７にグランド電圧（＝０Ｖ）が印加された状態において、以下の（１）〜（３）の動作からなる。
（１）島状半導体１１０の上端部表層からの入射光によって光電変換領域（フォトダイオード領域１１９）に発生した信号電荷をＮ領域１１６に蓄積する信号電荷蓄積動作、
（２）信号線Ｎ＋領域１１２及び導体層１１５にグランド電圧が印加されるとともに、Ｐ＋領域１１７に正の電圧が印加された状態で、蓄積信号電荷量に応じて変化したＮ領域１１６の電位によって変調された接合電界効果トランジスタのソース・ドレイン電流を信号電流として読み出す信号電荷読み出し動作、
（３）この信号電荷読み出し動作の後に、Ｐ＋領域１１７にグランド電圧が印加されるとともに、導体層１１５及び信号線Ｎ＋領域１１２に正の電圧が印加された状態で、Ｎ領域１１６に蓄積されている信号電荷を信号線Ｎ＋領域１１２に除去するリセット動作。
【００１９】
図７Ｂに、画素を構成する島状半導体Ｐ１１〜Ｐ３３（図７Ａにおける島状半導体１１０に対応する。）が２次元マトリクス状に配列された従来例の固体撮像装置の平面図を示す。信号線Ｎ＋領域１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ（図７Ａにおける信号線Ｎ＋領域１１２に対応する。）上に画素を構成する島状半導体Ｐ１１〜Ｐ３３が形成されている。【００２０】
これら島状半導体Ｐ１１〜Ｐ３３において、水平方向に延びる行毎に画素選択線導体層１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ（図７Ａに示す画素選択線導体層１１８に対応する。）が互いに繋がるように形成されている。これと同様に、画素を構成する島状半導体Ｐ１１〜Ｐ３３において、水平方向に延びる行毎に導体層１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ（図７Ａにおける導体層１１５に対応する。）が互いに繋がるように形成されている。【００２１】
そして、島状半導体Ｐ１１〜Ｐ３３上に、青色（Ｂ）用カラーフィルタＢ１、Ｂ２、Ｂ３、赤色（Ｒ）用カラーフィルタＲ１、Ｒ２、Ｒ３、緑色（Ｇ）用カラーフィルタＧ１、Ｇ２、Ｇ３が形成されている。【００２２】
以上の構成により、島状半導体Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１の画素からは青色（Ｂ）信号電流が得られ、島状半導体Ｐ１２、Ｐ２２、Ｐ３２の画素からは緑色（Ｇ）信号電流が得られ、島状半導体Ｐ１３、Ｐ２３、Ｐ３３の画素からは赤色（Ｒ）信号電流が得られる。【００２３】
図７Ｂに示す構成では、マスクがカラーフィルタＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、島状半導体Ｐ１１〜Ｐ３３を囲んで形成するために必要な製造上のマスク合せマージンを確保するため、島状半導体Ｐ１１〜Ｐ３３間に空間が必要となる。これにより画素の高密度化が制限される。さらに、本従来例の固体撮像装置では、図６に示す固体撮像装置と同じく、カラーフィルタＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３での光吸収が、高感度化を実現するに当たっての阻害要因になっている。
【００２４】
図７Ｃに、図７ＢにおけるＣ−Ｃ’線に沿った断面構造図を示す。
図７Ｃを参照して、基板１１１ａ上に信号線Ｎ＋領域１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃが形成され、信号線Ｎ＋領域１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ上に島状半導体Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３が形成されている。島状半導体Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３の間、かつ基板１１１ａ上に絶縁層１２０ａが形成され、島状半導体Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３の信号線Ｎ＋領域１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃに繋がるＰ領域１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃの外周部に絶縁層１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃを介して導体層１１５ａが形成されている。この導体層１１５ａは島状半導体Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３を互いに繋げるように形成され、導体層１１５ａの上端よりも上方に位置する島状半導体Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３内の外周部に、フォトダイオードのＮ領域１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃが形成されている。島状半導体Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３の間、かつ導体層１１５ａ及び絶縁層１２０ａ上に絶縁層１２０ｂが形成され、島状半導体Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３の上端部表層にＰ＋領域１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃが形成されている。Ｐ＋領域１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃに繋がるように、絶縁層１２０ｂ上に画素選択線導体層１１８ａが形成されている。絶縁層１２０ｂ、画素選択線導体層１１８ａ、Ｐ＋領域１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ上に絶縁層１２０ｃが形成されている。絶縁層１２０ｃの表面は平坦化されており、絶縁層１２０ｃ上に青色（Ｂ）用カラーフィルタＢ１、緑色（Ｇ）用カラーフィルタＧ１、赤色（Ｒ）用カラーフィルタＲ１が形成されている。カラーフィルタＢ１、Ｇ１、Ｒ１及び絶縁層１２０ｃ上にオーバーコート絶縁層１２０ｄが形成されている。これらカラーフィルタＢ１、Ｇ１、Ｒ１は、島状半導体Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３の画素構造に用いられる微細加工技術とは異なり、図６に示す固体撮像装置と同様な製造方法を用いて形成されることから、画素の高集積化と共に、コスト低減化の課題がある。【００２５】
以下、図８Ａ〜図８Ｄを参照しながら、カラーフィルタを用いることなくカラー撮像が行える、別の従来例の固体撮像装置について説明する。【００２６】
図８Ａに、この固体撮像装置の断面構造図を示す（例えば、特許文献３を参照）。
図８Ａを参照して、Ｐ領域基板１２１にＮ領域（Ｎウエル）１２２が形成され、Ｎ領域１２２内にＰ領域（Ｐウエル）１２３が形成されている。ここで、Ｐ領域１２３内にＮ領域１２４が形成されている。Ｐ領域基板１２１とＮ領域１２２とからなるダイオード、Ｎ領域１２２とＰ領域１２３とからなるダイオード、Ｐ領域１２３とＮ領域１２４とからなるダイオードはそれぞれ逆バイアスされている。
ここで、Ｎ領域１２４の深さは、Ｐ領域基板１２１の表面から０．２μｍ程度であることが望ましく、Ｐ領域１２３の深さは、Ｐ領域基板１２１の表面から０．６μｍ程度であることが望ましく、Ｎ領域１２２の深さは、Ｐ領域基板１２１の表面から２μｍ程度であることが望ましい。【００２７】
Ｐ領域基板１２１の表面から入射した入射光の内、主として青色（Ｂ）波長光は、Ｐ領域１２３とＮ領域１２４から構成されるダイオード領域１２６ａ（図８Ａ中、点線で囲む領域）で光電変換され、発生した信号電荷はダイオード領域１２６ａに蓄積される。主として緑色（Ｇ）波長光は、Ｐ領域１２３とＮ領域１２２から構成されるダイオード領域１２６ｂ（図８Ａ中、点線で囲む領域）で光電変換され、発生した信号電荷は、ダイオード領域１２６ｂに蓄積される。そして、主として赤色（Ｒ）波長光は、Ｐ領域基板１２１とＮ領域１２２から構成されるダイオード領域１２６ｃ（図８Ａ中、点線で囲む領域）で光電変換され、発生した信号電荷はダイオード領域１２６ｂに蓄積される。
【００２８】
そして、ダイオード領域１２６ａに蓄積された信号電荷は、青色（Ｂ）信号として電流計１２５ａから読み出され、ダイオード領域１２６ａに蓄積された信号電荷は緑色（Ｇ）信号として電流計１２５ｂから読み出され、ダイオード領域１２６ｃに蓄積された信号電荷は赤色（Ｒ）信号として電流計１２５ｃから読み出される。【００２９】
図８Ａに示す固体撮像装置がカラーフィルタを用いることなくカラー撮像を行えるのは、図８Ｂに示す半導体(この場合、シリコン（Ｓｉ）からなる。)の光吸収特性を利用するためである。
図８Ｂに示すように、青色（Ｂ）波長光（λ＝４００ｎｍ）は、Ｓｉ（シリコン）表面近傍で多くが吸収され、緑色（Ｇ）波長光（λ＝５５０ｎｍ）、赤色（Ｒ）波長光（λ＝７００ｎｍ）と波長（λ）が大きくなるほどＳｉ（シリコン）内部まで光が到達し、吸収される。これにより、主として青色（Ｂ）信号がダイオード領域１２６ａ、主として緑色（Ｇ）信号がダイオード領域１２６ｂ、主として赤色（Ｒ）信号がダイオード領域１２６ｃからそれぞれ得られる。【００３０】
図８Ｃに、電流計１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃから得られる出力の光波長（λ）依存性を示す。
図８Ｃに示すように、電流計１２５ａからの青色（Ｂ）信号出力ＶＢは、主として青色（Ｂ）波長光出力成分、電流計１２５ｂからの緑色（Ｇ）信号出力ＶＧは、主として緑色（Ｇ）波長光出力成分、電流計１２５ｃからの赤色（Ｒ）信号出力ＶＲは、主として赤色（Ｒ）波長光出力成分をそれぞれ有している。これら信号出力ＶＢ、ＶＧ、ＶＲに、例えばホワイトバランスなどの信号演算処理を行うことで所定のＲＧＢ信号が得られる。【００３１】
図８Ｄに、図８Ａに示す断面構造を、Ｐ領域基板１２１の表面から見た場合の平面図及び出力回路を示す。
図８Ｄに示すように、Ｐ領域基板１２１内にＮ領域（Ｎウエル）１２２が形成され、Ｎ領域１２２内にＰ領域（Ｐウエル）１２３が形成されている。Ｐ領域１２３内にＮ領域１２４が形成されている。Ｐ領域基板１２１の表面と同じ表面上のＮ領域１２４にコンタクトホール１２７ａ、Ｐ領域１２３にコンタクトホール１２７ｂ、Ｎ領域１２２にコンタクトホール１２７ｃがそれぞれ形成されている。
【００３２】
コンタクトホール１２７ａと、コンタクトホール１２７ａに繋がる引き出し線１２８ａを介してＮ領域１２４と出力回路１２９ａ（図８Ｄ中で点線で囲む領域）とが接続されている。コンタクトホール１２７ｂと、コンタクトホール１２７ｂに繋がる引き出し線１２８ｂを介してＰ領域１２３と出力回路１２９ｂ（図８Ｄ中で点線で囲む領域）とが接続されている。コンタクトホール１２７ｃと、コンタクトホール１２７ｃに繋がる引き出し線１２８ｃを介してＮ領域１２２と出力回路１２９ｃ（図８Ｄ中で点線で囲む領域）とが接続されている。【００３３】
出力回路１２９ａ、１２９ｂ、１２９ｃは、それぞれ、Ｎ領域１２４、Ｐ領域１２３、Ｎ領域１２２の電圧を検知するためのアンプＭＯＳトランジスタＡｍ、行選択（row selection）用ＭＯＳトランジスタＲＳ、ダイオード領域１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃに蓄積した信号電荷を除去するリセットＭＯＳトランジスタＲｅから構成される。ここで、青色（Ｂ）信号は、青色（Ｂ）用信号線１３０ａ、緑色（Ｇ）信号は、緑色（Ｇ）用信号線１３０ｂ、赤色（Ｒ）信号は、赤色（Ｒ）用信号線１３０ｃからそれぞれ読み出される。これら出力回路１２９ａ、１２９ｂ、１２９ｃは、Ｎ領域１２２の外側のＰ領域基板１２１表面に形成されている。
【００３４】
図８Ａ、図８Ｄに示す固体撮像装置は、図６に示す固体撮像装置と比べ、カラーフィルタを用いずにカラー撮像ができること、ＲＧＢ波長光の光電変換するダイオード領域１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃが深さ方向に重なって形成されていることに特長がある。【００３５】
しかしながら、この固体撮像装置では、最も大きい受光面積を要求される青色（Ｂ）波長光を受光するＮ領域１２４が、Ｐ領域１２３、Ｎ領域１２２の内側に形成されるため、所定の青色（Ｂ）波長光感度を得る場合に、画素サイズが大きくなってしまう。また、青色（Ｂ）波長光、緑色（Ｇ）波長光、赤色（Ｒ）波長光の全てを含んだ白色（Ｗ）波長光の信号を得ることができないという問題もある。【００３６】
図６に示す固体撮像装置において、カラーフィルタ１０６Ｂ、１０６Ｇ、１０６Ｒを設けた画素とは別に、カラーフィルタ１０６Ｂ、１０６Ｇ、１０６Ｒを設けていない新たな画素を形成し、その画素から白色（Ｗ）波長光信号を得ることにより、高感度化又は高ダイナミックレンジ化を図ることができる（例えば、非特許文献１、２を参照）。
この技術によれば、白色（Ｗ）用画素は、他のＲＧＢ画素と比べ、大きい信号電流を読み出すことができるので、高いＳＮ比（信号／ノイズ比）が得られることを利用している。これに対し、図８Ａに示す固体撮像装置では、白色（Ｗ）波長光の信号電流を直接的に読み出すことができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／００８２６２７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／０２００７３１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１２／１０４４７８号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１２／００２５２８１号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１１／０２１５３８１号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１１／０２２０９６９号明細書
【非特許文献】
【００３８】
【非特許文献１】H.Honda、 Y.Iida、 Y.Egawa、 H.Seki ; “ A Color CMOS Imager with 4×4 White-RGB Color Filter Array for Increased Low-Illumination Signal-to-Noise Ratio”、 III Transaction on Electron Devices、 Vol.56、 No.11、 pp.2398-2402 (2009)
【非特許文献２】Y.Egawa、 N.Tanaka、 N.Kawai、 H.Seki、 A.Nakano、 H.Honda、 Y.Iida、 M.Monoi : “ A White-RGB CFA-Patterned CMOS Image Sensor with Wide Dynamic Range”、 ISSCC 2008、 Digest of Technical Papers、 pp.52-53(2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
図６及び図７Ｃに示す従来例の固体撮像装置において、カラーフィルタ１０６Ｂ、１０６Ｇ、１０６Ｒ、Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１の下部に形成される画素構造は、先端ＣＭＯＳ微細加工技術を用いて形成される。【００４０】
一方、カラーフィルタ１０６Ｂ、１０６Ｇ、１０６Ｒ、Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１は、このＣＭＯＳ微細加工技術を用いることができず、これとは別のフォトレジスト材料を用いたフォトリソグラフィ技術によって形成される。【００４１】
したがって、カラーフィルタ１０６Ｂ、１０６Ｇ、１０６Ｒ、Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１の微細加工寸法は、先端ＣＭＯＳ微細加工技術による微細加工寸法よりも粗い（大きい）ものとなる。このため、このカラーフィルタ１０６Ｂ、１０６Ｇ、１０６Ｒ、Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１の微細加工技術が、ＣＭＯＳ固体撮像装置の更なる高画素密度化を制限している。【００４２】
さらに、カラーフィルタ１０６Ｂ、１０６Ｇ、１０６Ｒ、Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１を形成するためのプロセス、装置は、先端ＣＭＯＳ微細加工技術で用いられるプロセス、装置とは異なり、コスト増大の原因となっている。これは、固体撮像装置のコスト低減化のための課題となっている。【００４３】
また、図６及び図７Ｃに示す従来例の固体撮像装置におけるＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂ、Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１は、材料自体で光吸収が起こるため、カラーフィルタ１０６Ｒ、Ｒ１では赤色（Ｒ）波長領域において光透過率１００％を実現できない。これと同様にカラーフィルタ１０６Ｇ、Ｇ１、青色（Ｂ）用カラーフィルタ１０６Ｂ、Ｂ１においても、緑色（Ｇ）波長領域、青色（Ｂ）波長領域での光透過率１００％を実現できない。このようにカラーフィルタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂ、Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１の光透過率の向上を阻害する光吸収が、ＣＭＯＳ型カラー固体撮像装置の高感度化を阻んでいる。【００４４】
また、図８Ａに示す従来例の固体撮像装置においては、ＲＧＢ波長光を光電変換するダイオード領域１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃが、深さ方向に重なって形成され、最も大きい受光面積を要求される青色（Ｂ）波長光を受光するＮ領域１２４が、Ｐ領域１２３、Ｎ領域１２２の内側に形成される。このため、所定の青色（Ｂ）波長光感度を得ようとすると、画素サイズが大きくなってしまう。また、青色（Ｂ）波長光、緑色（Ｇ）波長光、赤色（Ｒ）波長光の全てを含む白色（Ｗ）波長光の信号を直接的に得ることができないため、白色（Ｗ）波長光信号を利用した高感度化、高ダイナミックレンジ化が実現できないという事情がある。
【課題を解決するための手段】
【００４５】
本発明のカラー撮像用固体撮像装置は、
複数の画素が島状半導体から構成され、画素領域に２次元状に配列されている固体撮像装置において、
基板上に、第１半導体領域が形成され、
前記第１半導体領域上に前記島状半導体を構成する母体半導体領域が形成され、
前記第１半導体領域から離間した前記母体半導体領域の外周部に、前記母体半導体領域とダイオードを形成する第２半導体領域が形成され、
前記第２半導体領域の上部において、前記母体半導体領域に接するように、前記第２半導体領域と反対の導電型を有する第３半導体領域が形成され、
前記第３半導体領域は、前記島状半導体の上端部表面から入射した入射光が前記第３半導体領域にて吸収され、これにより発生した信号電荷を、前記第３半導体領域で再結合させて消滅させるに十分な量のアクセプタ、又はドナー不純物を含んでおり、
前記島状半導体は、少なくとも２つの異なる厚さを有する前記第３半導体領域を含んで形成され、
前記固体撮像装置による撮像動作が、
前記第２半導体領域と前記母体半導体領域とからなるダイオード領域において、前記島状半導体の上端部表面から入射した光を吸収し、信号電荷を発生させる光電変換動作と、
前記発生信号電荷を前記ダイオード領域に蓄積する信号電荷蓄積動作と、
前記第１半導体領域と前記第３半導体領域のいずれかをソース、又はドレインとし、前記第２半導体領域をゲートとし、前記第２半導体領域で囲まれた前記母体半導体領域をチャネルとした接合電界効果トランジスタに流れるソース・ドレイン電流を検出することにより、前記ダイオード領域に蓄積された信号電荷量を検知する蓄積信号電荷量読み出し動作と、
前記ダイオード領域に蓄積された信号電荷を前記第１半導体領域に除去する信号電荷除去動作と、を備える、
ことを特徴とする。
【００４６】
前記複数の島状半導体は、
前記島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光を透過する前記第３半導体層を有する第１島状半導体と、
前記島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光を吸収する前記第３半導体層を有する第２島状半導体と、
前記島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光及び緑色波長光を吸収する前記第３半導体層を有する第３島状半導体と、を少なくとも備え、
前記第１島状半導体の前記ダイオード領域が、前記第１島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行い、
前記第２島状半導体の前記ダイオード領域が、前記第２島状半導体の上端部表面から入射した、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行い、
前記第３島状半導体の前記ダイオード領域が、前記第３島状半導体の上端部表面から入射した赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積と、を行うように、
前記第１島状半導体の前記第３半導体領域の厚さが前記第２島状半導体の前記第３半導体領域の厚さより薄く、前記第２島状半導体の前記第３半導体領域の厚さが前記第３島状半導体の前記第３半導体領域の厚さより薄く、かつ、
前記第１島状半導体、前記第２島状半導体、前記第３島状半導体が隣接するように形成されている、
ことが好ましい。
【００４７】
前記第１島状半導体上、又は、前記第２島状半導体上のいずれか一方に原色型又は補色型のカラーフィルタが設けられ、前記カラーフィルタを透過した光には、前記カラーフィルタの下方にある前記第１島状半導体内、又は、前記第２島状半導体内の前記ダイオード領域で光吸収、及び信号電荷蓄積を行う光波長成分が含まれる、ことが好ましい。
【００４８】
前記画素領域において、青色波長光を透過するカラーフィルタを上部に形成した前記第１島状半導体と、前記青色波長光を透過するカラーフィルタを上部に形成していない前記第１島状半導体と、が形成され、前記青色波長光を透過するカラーフィルタが上部に形成されていない前記第１島状半導体から青色波長光成分、緑色波長光成分及び赤色波長光成分を含む白色信号電流が得られる、ことが好ましい。
【００４９】
前記第３半導体領域が、前記島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光を透過し、
前記第３半導体領域が、前記島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光を吸収し、
前記複数の島状半導体は、
前記第３半導体領域を透過した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第４島状半導体と、
前記第３半導体領域を透過した、緑色波長光及び赤色波長光の一方又は双方の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第５島状半導体と、を有し、
前記第５島状半導体の前記第３半導体領域の厚さが前記第４島状半導体の前記第３半導体領域の厚さと等しいか、又は厚く、
前記画素領域に、前記第４島状半導体及び前記第５島状半導体における前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域と同様な構造を有する第６島状半導体が形成され、
前記第６島状半導体上に、原色型又は補色型カラーフィルタが形成され、
前記第４島状半導体、前記第５島状半導体、前記第６島状半導体が隣接するように形成されている、
ことが好ましい。【００５０】
前記第３半導体領域が、前記島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光を透過し、
前記第３半導体領域が、前記島状半導体の上端部表面から入射した青色波長光を吸収し、
前記複数の島状半導体は、
前記第３半導体領域を透過した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換により得られた信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第７島状半導体と、
前記第３半導体領域を透過した、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第８島状半導体と、を有し、
前記第８島状半導体の前記第３半導体領域の厚さが前記第７の島状半導体の前記第３半導体領域の厚さより厚く形成され、
前記画素領域に、前記第７島状半導体及び前記第８島状半導体における前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域と同様な構造を有する第９島状半導体が形成され、
前記第９島状半導体上に、原色型又は補色型カラーフィルタが形成され、
前記第７島状半導体、前記第８島状半導体、前記第９島状半導体が隣接するように形成されている、
ことが好ましい。【００５１】
前記基板と前記第１半導体領域との間に光を透過する絶縁層が形成され、前記絶縁層の厚さが、前記島状半導体の上端部表面から入射した光線の内、前記絶縁層から前記島状半導体の前記ダイオード領域に戻る光線の赤波長成分が緑波長成分よりも多くなるように設定されている、ことが好ましい。
【００５２】
前記画素領域において、前記第３半導体領域は、少なくとも２つの異なる厚さを有する前記島状半導体が、ジグザグ状又は市松状に配置されている、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００５３】
本発明によれば、高画素密度化、高感度化、高ダイナミックレンジ化が実現された固体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の断面構造図である。
【図１Ｂ】第１実施形態に係る固体撮像装置の平面図である。
【図２Ａ】第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する断面構造図である。
【図２Ｂ】第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する断面構造図である。
【図２Ｃ】第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する断面構造図である。
【図２Ｄ】第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する断面構造図である。
【図３Ａ】本発明の第２実施形態に係る緑色（Ｇ）用カラーフィルタを設けた固体撮像装置の断面構造図である。
【図３Ｂ】第２実施形態に係る緑色（Ｇ）用カラーフィルタを設けた固体撮像装置の平面図である。
【図３Ｃ】第２実施形態に係る青色（Ｂ）用カラーフィルタを設けた固体撮像装置の断面構造図である。
【図４Ａ】本発明の第３実施形態に係る緑色（Ｇ）用カラーフィルタを設けた固体撮像装置の断面構造図である。
【図４Ｂ】第３実施形態に係る赤色（Ｒ）用カラーフィルタを設けた固体撮像装置の断面構造図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の断面構造図である。
【図６】赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）用カラーフィルタを形成した従来例の固体撮像装置の断面構造図である。
【図７Ａ】１個の島状半導体に１個の画素が形成された従来例の固体撮像装置の断面構造図である。
【図７Ｂ】２次元状に配列された島状半導体よりなる従来例の固体撮像装置の平面図である。
【図７Ｃ】赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）用カラーフィルタを形成した従来例の固体撮像装置の断面構造図である。
【図８Ａ】赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）用カラーフィルタを形成せずにカラー撮像が可能な従来例の固体撮像装置の断面構造図である。
【図８Ｂ】シリコン（Ｓｉ）における赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）波長光のＳｉ表面から内部における光吸収特性を示している。
【図８Ｃ】図８Ａの固体撮像装置の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）信号出力の分光感度特性を示している。
【図８Ｄ】図８Ａの固体撮像装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
以下、本発明の実施形態に係る固体撮像装置、及び、この固体撮像装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００５６】
（第１実施形態）
以下、図１Ａ、図１Ｂを参照しながら、本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
図１Ａに、本実施形態に係る固体撮像装置の断面構造を示す。
図１Ａに示すように、基板１上に信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃが形成されている。信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃ上に島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３が形成されている。島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３内において、信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃに繋がるように、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を構成する母体となる母体半導体領域であるＰ領域３ａ、３ｂ、３ｃが形成されている。Ｐ領域３ａ、３ｂ、３ｃの外周部に絶縁層４ａ、４ｂ、４ｃが形成され、絶縁層４ａ、４ｂ、４ｃを介在させ、導体層５が島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の外周部に形成されている。
【００５７】
導体層５は島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を互いに繋げるように形成されている。島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の外周表面にあって、導体層５の上端よりも上方にあるＰ領域３ａ、３ｂ、３ｃの外周部には、Ｎ領域６ａ、６ｂ、６ｃが形成されている。Ｎ領域６ａ、６ｂ、６ｃとＰ領域３ａ、３ｂ、３ｃとに接するように、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の上端部の表層部にＰ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃが形成されている。
【００５８】
本実施形態では、このＰ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃの島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３における高さ（厚さ）が互いに異なっている（図１Ａにおいて、Ｐ＋領域７ａの厚さ（ここでは、光が入射する島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の上端部表層面からの深さに相当する。以下、Ｐ＋領域７ｂ、Ｐ＋領域７ｃなどについても同様とする。）はＬ７ａ、Ｐ＋領域７ｂの厚さはＬ７ｂ、Ｐ＋領域７ｃの厚さはＬ７ｃである）。ここで、Ｌ７ａがＬ７ｂより薄く、Ｌ７ｂがＬ７ｃより薄くなっている（Ｌ７ａ＜Ｌ７ｂ＜Ｌ７ｃ）。Ｐ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃはいずれも画素選択線導体層８に接続されている。島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を囲むように、基板１上に第１層間絶縁層９ａが形成されている。第１層間絶縁層９ａ上に、導体層５が形成され、導体層５及び第１層間絶縁層９ａ上に第２層間絶縁層９ｂが形成されている。第２層間絶縁層９ｂ及び画素選択線導体層８上にオーバーコート絶縁層９ｃが形成されている。
【００５９】
本実施形態に係る固体撮像装置では、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３内において、Ｐ領域３ａ、３ｂ、３ｃとＮ領域６ａ、６ｂ、６ｃとからフォトダイオード領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃが形成されている。ここで、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の上端部表層のＰ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃ側から光が入射すると、当該フォトダイオード領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃの光電変換領域にて信号電荷（ここでは、自由電子）が発生する。そして、発生した信号電荷は、主としてフォトダイオード領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃのＮ領域６ａ、６ｂ、６ｃに蓄積される。
【００６０】
また、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３内において、Ｎ領域６ａ、６ｂ、６ｃをゲート、Ｐ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃをソース、信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃ近傍のＰ領域３ａ、３ｂ、３ｃをドレインとした接合電界効果トランジスタが構成されている。そして、この固体撮像装置では、接合電界効果トランジスタのドレイン・ソース間電流（出力信号）が、Ｎ領域６ａ、６ｂ、６ｃに蓄積された信号電荷量に応じて変化し、信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃから信号出力として取り出される。
【００６１】
さらに、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３内には、フォトダイオード領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃのＮ領域６ａ、６ｂ、６ｃをソース、導体層５をゲート、信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃをドレイン、Ｎ領域６ａ、６ｂ、６ｃと信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃとの間のＰ領域３ａ、３ｂ、３ｃをチャネルとしたＭＯＳトランジスタが形成されている。
【００６２】
この固体撮像装置では、このＮ領域６ａ、６ｂ、６ｃに蓄積された信号電荷は、ＭＯＳトランジスタのゲートである導体層５にオン電圧（高レベル電圧）が印加されることによって、信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃに除去される。
【００６３】
本実施形態に係る固体撮像装置の断面は、図７Ｃに示す従来例の固体撮像装置と比較すると以下の２点で異なる。
即ち、１つは、従来例の固体撮像装置において形成されているＲＧＢカラーフィルタ（カラーフィルタＢ１、Ｇ１、Ｒ１）が本実施形態に係る固体撮像装置では形成されていない点である。もう１つは、従来例の固体撮像装置においてはＰ＋領域１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃの厚さが互いに等しいのに対して、本実施形態に係る固体撮像装置ではＰ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃの厚さが互いに異なる点である。
【００６４】
島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３がシリコン（Ｓｉ）で形成されている場合は、図８Ｂから、以下のような寸法、構造を有することが望ましい。
即ち、図１Ａを参照して、Ｐ＋領域７ａの厚さＬ７ａは０．１μｍ以下であることがよい。Ｐ＋領域７ｂの厚さＬ７ｂは０．４μｍ程度であることがよく、Ｐ＋領域７ｃの厚さＬ７ｃは１．２μｍ程度であることがよい。島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の高さは２μｍ程度であることがよく、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を囲む導体層５の高さＬＧは０．２μｍ以下であることがよい。これら構成要素の厚さは、所定の分光感度特性を得るため固体撮像装置の表面に設けた赤外カットフィルタの光透過特性、又は、要求する色再現特性に依存して異なる。
【００６５】
Ｐ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃには、多数の正孔（ホール）が存在している。このため、Ｐ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃの表面から入射した入射光のうち、Ｐ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃ内で吸収された光により発生した信号電荷（この場合は自由電子）は、Ｐ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃ内で多数存在する正孔と再結合して消滅する。このため、Ｐ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃは光感度に対して無効領域となる。その一方で、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３においてはＮ領域６ａ、６ｂ、６ｃとＰ領域３ａ、３ｂ、３ｃによってフォトダイオード領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃが形成され、これらフォトダイオード領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃが光電変換領域になる。そして、この光電変換領域で発生した信号電荷は、主としてＮ領域６ａ、６ｂ、６ｃにおいて蓄積される。
【００６６】
図１を参照して、島状半導体Ｈ１では、Ｐ＋領域７ａの厚さＬ７ａが０．１μｍ以下であるため、Ｎ領域６ａとＰ領域３ａによるフォトダイオード領域１０ａに、Ｐ＋領域７ａ表面から入射した、主として青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）波長光によって信号電荷が発生し、その信号電荷は主としてＮ領域６ａに蓄積される。
【００６７】
島状半導体Ｈ２では、Ｐ＋領域７ｂの厚さＬ７ｂが０．４μｍ程度であるため、Ｐ＋領域７ｂの表面から入射した入射光の内で、青色（Ｂ）波長光がＰ＋領域７ｂで吸収される。このため、Ｎ領域６ｂ及びＰ領域３ｂからなるフォトダイオード領域１０ｂにおいては、主として緑色（Ｇ）波長光、赤色（Ｒ）波長光による信号電荷が発生し、発生した信号電荷は主としてＮ領域６ｂに蓄積される。
【００６８】
島状半導体Ｈ３では、Ｐ＋領域７ｃの厚さＬ７ｃが１．２μｍ程度であるため、青色（Ｂ）波長光及び緑色（Ｇ）波長光がＰ＋領域７ｃで吸収される。このため、Ｎ領域６ｃ及びＰ領域３ｃから構成されるフォトダイオード領域１０ｃに、Ｐ＋領域７ｃの表面から入射した、主として赤色（Ｒ）波長光による信号電荷が発生し、発生した信号電荷は、主としてＮ領域６ｃに蓄積される。Ｎ領域６ａ、６ｂ、６ｃに蓄積された信号電荷は、導体層５に高レベル電圧を印加することで信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃから信号電流として読み出される。
【００６９】
信号線Ｎ＋領域２ｂから読み出された信号電荷は、主として入射した緑色（Ｇ）波長光及び赤色（Ｒ）波長光から発生したものであり、信号線Ｎ＋領域２ｃから読み出された信号電荷は主として入射した赤色（Ｒ）波長光から発生したものである。このため、外部演算回路によって、信号線Ｎ＋領域２ｂ由来の信号電流から、信号線Ｎ＋領域２ｃ由来の信号電流を減算処理することによって緑色（Ｇ）信号が得られる。そして、信号線Ｎ＋領域２ａから読み出される信号電流は、主として入射した赤色（Ｒ）波長光、緑色（Ｇ）波長光、青色（Ｂ）波長光から発生した信号である。このため、前述した演算処理によって得られた緑色（Ｇ）信号及び赤色（Ｒ）信号と、信号線Ｎ＋領域２ａから読み出される、主として青色（Ｂ）波長光、緑色（Ｇ）波長光、赤色（Ｒ）波長光による信号とを外部回路で減算演算することによって青色（Ｂ）信号を得ることができる。これにより、島状半導体Ｈ１は、青色（Ｂ）用画素となり、島状半導体Ｈ２は、緑色（Ｇ）用画素となり、島状半導体Ｈ３は、赤色（Ｒ）用画素となる。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置では、ＲＧＢカラーフィルタを設けないでも、カラー撮像が可能となる。
【００７０】
図１Ｂに、図１Ａに示す島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を含む画素が２次元状（マトリクス状）に配置された本実施形態に係る固体撮像装置の平面図を示す。図１Ｂ中の一点鎖線Ａ−Ａ’に沿った断面図が図１Ａに対応する。
【００７１】
図１Ｂに示すように、島状半導体Ｈ１１〜Ｈ３３が２次元状に配置されている（Ｈ１１が図１ＡのＨ１、Ｈ１２がＨ２、Ｈ１３がＨ３にそれぞれ対応する）。信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃが縦方向に帯状に形成されている。信号線Ｎ＋領域２ａ上に青色（Ｂ）用画素の島状半導体Ｈ１１、Ｈ２１、Ｈ３１が配置されている。信号線Ｎ＋領域２ｂ上に緑色（Ｇ）用画素の島状半導体Ｈ１２、Ｈ２２、Ｈ３２が配置されている。信号線Ｎ＋領域２ｃ上に赤色（Ｒ）用画素の島状半導体Ｈ１３、Ｈ２３、Ｈ３３が配置されている。
【００７２】
導体層５ａ（図１Ａにおける導体層５に対応する）、導体層５ｂ、導体層５ｃが、それぞれ、水平方向に配列した島状半導体Ｈ１１〜Ｈ１３、Ｈ２１〜Ｈ２３、Ｈ３１〜Ｈ３３の外周部を囲むとともに、これら島状半導体Ｈ１１〜Ｈ１３、Ｈ２１〜Ｈ２３、Ｈ３１〜Ｈ３３を互いに繋げるように形成されている。
【００７３】
また、画素選択線導体層８ａ（図１Ａにおける画素選択線導体層８に対応する）、画素選択線導体層８ｂ、画素選択線導体層８ｃが、水平方向に配列した島状半導体Ｈ１１〜Ｈ１３、Ｈ２１〜Ｈ２３、Ｈ３１〜Ｈ３３の外周部を囲むとともに、これら島状半導体Ｈ１１〜Ｈ１３、Ｈ２１〜Ｈ２３、Ｈ３１〜Ｈ３３を互いに繋げるように形成されている。
【００７４】
本実施形態に係る固体撮像装置では、画素Ｈ１１〜Ｈ３３の信号読み出しは、図７Ｂに示す従来例の固体撮像装置と同様な動作によって行われる。これにより、この固体撮像装置は、島状半導体Ｈ１１〜Ｈ３３上にＲＧＢカラーフィルタを設けないでも、カラー撮像が可能となる。
【００７５】
図１Ｂに示す、本実施形態に係る固体撮像装置では、図７Ｂに示す従来例の固体撮像装置が必要としたＲＧＢカラーフィルタＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３が不要となる。図７Ｂに示す従来例の固体撮像装置では、ＲＧＢカラーフィルタＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３が島状半導体Ｐ１１〜Ｐ３３を囲むように形成されることから、製造上のマスク合せマージンを確保するために、島状半導体Ｐ１１〜Ｐ３３の間に空間を設けることが必要であった。
これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置では、このような製造上のマスク合せマージンを確保する必要がないため、その分、島状半導体Ｐ１１〜Ｐ３３の間の空間を小さくすることができる。これにより、島状半導体Ｈ１１〜Ｈ３３を形成する密度が大きくなることによる高画素密度化、又は、島状半導体Ｈ１１〜Ｈ３３自体の直径が大きくなることによる高感度化が実現できる。
【００７６】
また、本実施形態に係る固体撮像装置が、図６、図７Ｃ、図８Ａに示す従来例の固体撮像装置と異なる点は、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の波長光を全て含む白色（Ｗ）波長の信号を、青色（Ｂ）用画素である島状半導体Ｈ１から取り出すことができる点にある。図６、図７Ｃに示す従来例の固体撮像装置では、各画素上にＲＧＢカラーフィルタを設けているため、直接に青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の波長光を全て含む白色（Ｗ）波長の信号が得られない。また、図８Ａに示す従来例の固体撮像装置では、ダイオード領域１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃは、それぞれから独立して青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）波長光の信号が得られるが、白色（Ｗ）波長の信号が得られない。これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置では、島状半導体Ｈ１が青色（Ｂ）用画素であり、白色（Ｗ）用画素としても機能する。これにより、高感度化、高ダイナミックレンジ化が実現された固体撮像装置が得られる。そして、本実施形態に係る固体撮像装置では、ＲＧＢカラーフィルタが不要となるので、低コスト化も実現される。
【００７７】
なお、図１Ａに示す第１実施形態では、各ＲＧＢ色信号は、水平方向に配列された島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃからの信号電流を演算処理して得ていた。これに限られず、図１Ｂに示す縦方向に配列された島状半導体Ｈ１１〜Ｈ３３の上端部表層のＰ＋領域（図１ＡのＰ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃに対応する。）の配置を変更することによっても、ＲＧＢ用画素の配置を変更することができる。
【００７８】
縦方向に配置した各色（赤、緑、青）用の色画素を構成する島状半導体Ｈ１１〜Ｈ３３からの信号電流の演算処理により色信号が得られる。この場合には、縦方向に配列した島状半導体Ｈ１１〜Ｈ３３が、同じ色画素でなくなるので、例えばベイヤ型配置などの色画素が市松状に配置されたカラー撮像用固体撮像装置が得られる。このように、本実施形態に係る固体撮像装置では、島状半導体Ｈ１１〜Ｈ３３の上端部表層のＰ＋領域（図１ＡのＰ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃに対応する。）の配置を変更することにより、ストライプ状又は市松状に色画素が配置された固体撮像装置が実現される。
【００７９】
なお、図１Ａにおいては、信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃは、接合電界効果トランジスタのドレインとしての機能と、Ｎ領域６ａ、６ｂ、６ｃに蓄積された信号電荷を除去するドレインとしての機能とを有している。これに限られず、本発明の技術思想は、信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃが、信号線としてのＰ＋領域と、このＰ＋領域に接続したＰ領域と、信号電荷を除去するためのＮ＋領域とからなる領域である構造（例えば、特許文献４を参照）にも、適用することができる。すなわち、信号線Ｎ＋領域は、所定の機能を有する複数の半導体領域によって構成されてもよい。このような構成は、以下に説明する本発明のその他の実施形態にも適用することができる。
【００８０】
本発明の技術思想は、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の外周部にあって、かつ、Ｎ領域６ａ、６ｂ、６ｃと絶縁層４ａ、４ｂ、４ｃの間にＰ＋領域を設けた構造（例えば、特許文献５、６を参照）にも、適用することができる。このような構成は、以下に説明する本発明のその他の実施形態にも適用することができる。
【００８１】
図１Ａに示す固体撮像装置では、Ｎ領域６ａ、６ｂ、６ｃに蓄積された信号電荷は、ＭＯＳトランジスタのゲートである導体層５にオン電圧（高レベル電圧）を印加することによって、信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃに除去された。しかしながら、このような信号電荷の除去は、導体層５にオン電圧（高レベル電圧）が印加することではなく、信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃに高レベル電圧を印加することによっても行うことができる。このような構成は、以下に説明する本発明のその他の実施形態にも適用することができる。
【００８２】
以上より、本発明の技術思想による効果を得るための基本的な事項として、以下のことが挙げられる。
即ち、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の上端部表層に、接合電界効果トランジスタのソースであり、ここで発生した信号電荷（自由電子）が、ホール（正孔）と再結合して消滅するのに十分高濃度のアクセプタ不純物を含んだＰ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃが形成されていること、また、このＰ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃの下部に光電変換と信号電荷蓄積を行うフォトダイオード領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃが形成されていること。さらに、Ｐ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃの島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３内での厚さＬ７ａ、Ｌ７ｂ、Ｌ７ｃにおいて、Ｐ＋領域７ａの厚さＬ７ａがＰ＋領域７ｂの厚さＬ７ｂより薄く、Ｐ＋領域７ｂの厚さＬ７ｂがＰ＋領域７ｃの厚さＬ７ｃより薄いこと（Ｌ７ａ＜Ｌ７ｂ＜Ｌ７ｃ）である。
【００８３】
図２Ａ〜図２Ｄに、図１Ａに示す第１実施形態の固体撮像装置の製造方法の一例を示す。
【００８４】
まず、図２Ａに示すように、基板１上に信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃを形成し、この信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃ上に島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を形成する。
【００８５】
続いて、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の間であって、かつ、基板１上に絶縁層９ａを形成し、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の外周部に絶縁層４ａ、４ｂ、４ｃを形成する。
【００８６】
続いて、絶縁層９ａと島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の絶縁層４ａ、４ｂ、４ｃの外周部に導体層５を形成し、この導体層５上部の島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のＰ領域３ａ、３ｂ、３ｃ外周部に、例えば島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３がシリコン（Ｓｉ）の場合、砒素（Ａｓ）イオン注入によってＮ領域１６ａ、１６ｂ、１６ｃを形成する。
【００８７】
続いて、絶縁層９ａと島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３間の導体層５上に絶縁層１７を形成し、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）を用いて、この絶縁層１７と島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の高さを互いに等しくするとともに、絶縁層１７と島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の表面を平坦化し、この上に薄い絶縁層１８を形成する。さらに、この上に島状半導体Ｈ３上に、開口を有するフォトレジスト層１９を形成する。
【００８８】
続いて、図２Ｂに示すように、フォトレジスト層１９の開口を通して、例えばアクセプタ不純物であるボロン（Ｂ）イオンのイオン注入を行い、島状半導体Ｈ３の上端部表層に深さＬ７ｃのＰ＋領域２０ｃを形成する。この場合、島状半導体Ｈ１、Ｈ２はフォトレジスト層１９によって被覆されているため、ボロン（Ｂ）イオンは、島状半導体Ｈ１、Ｈ２には注入されない。その後、フォトレジスト層１９を除去する。
【００８９】
続いて、図２Ｃに示すように、島状半導体Ｈ２の上端部表層に深さＬ７ｂのＰ＋領域２０ｂを、上述した島状半導体Ｈ３のＰ＋領域２０ｃの形成方法と同様な方法で形成し、フォトレジスト層を除去する。
【００９０】
続いて、絶縁層１８の表層全体にボロン（Ｂ）イオン注入を行い、島状半導体Ｈ１の上端部表層に深さＬ７ａのＰ＋領域２０ａを形成する。この場合、島状半導体Ｈ１と同様に、島状半導体Ｈ２、Ｈ３の表層部にも、図２Ｃ中の点線で示される位置までボロン（Ｂ）イオンが注入される。しかしながら、Ｐ＋領域２０ｂ、２０ｃには、既に多量のボロン（Ｂ）イオンが、Ｐ＋領域２０ａよりも深い位置まで注入されているため、Ｐ＋領域２０ｂ、２０ｃの電気的性質には影響しない。
【００９１】
続いて、例えば１０００℃程度で熱処理を行うことで、Ｎ領域１６ａ、１６ｂ、１６ｃのイオン注入された砒素（Ａｓ）のドナー不純物と、Ｐ＋領域２０ａ、２０ｂ、２０ｃのイオン注入されたボロン（Ｂ）のアクセプタ不純物とを活性化し、絶縁層１８を除去する。
【００９２】
続いて、図２Ｄに示すように、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の上端部表層の外周部において、絶縁層１７及び絶縁層４ａ、４ｂ、４ｃを除去し、絶縁層１７上において、Ｐ＋領域２０ａ、２０ｂ、２０ｃに繋がるように画素選択線導体層８を形成する。
【００９３】
続いて、Ｐ＋領域２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、画素選択線導体層８、絶縁層１７上にオーバーコート絶縁層９ｃを形成する。これによって、図１Ａに示す第１実施形態に係る固体撮像装置が製造される。
【００９４】
（第２実施形態）
以下、図３Ａ〜図３Ｃを参照しながら、本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
図３Ａに本実施形態の固体撮像装置の断面構造図を示す。
図３Ａを参照して、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３に、図１Ａに示す第１実施形態の固体撮像装置と同様にして画素構造が形成される。層間絶縁層９ｂ及び画素選択線導体層８上に絶縁層９ｄが形成される。この絶縁層９ｄの上部表面は平坦化される。島状半導体Ｈ２上及び絶縁層９ｄ上に緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１２が形成される。絶縁層９ｄ及び緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１２の上にオーバーコート絶縁層９ｅが形成される。
【００９５】
本実施形態では、図１Ａに示す第１実施形態と同様に、島状半導体Ｈ１は青色（Ｂ）用画素であり、島状半導体Ｈ２は緑色（Ｇ）用画素であり、島状半導体Ｈ３は赤色（Ｒ）用画素である。
【００９６】
図３Ａに示すように、緑色（Ｇ）用画素である島状半導体Ｈ２上に緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１２が形成されているため、図１Ａに示す島状半導体Ｈ３の信号線Ｎ＋領域２ｃからの信号との演算処理を行なうことなく、信号線Ｎ＋領域２ｂから直接的に緑色（Ｇ）信号が得られる。赤色（Ｒ）信号は、図１Ａと同様に赤色（Ｒ）用画素である島状半導体Ｈ３から直接的に得られる。そして、青色（Ｂ）信号は、青色（Ｂ）用画素である島状半導体Ｈ１からの信号と、既に得られた緑色（Ｇ）信号と赤色（Ｒ）信号との演算処理によって得られる。そして、これによりＲＧＢカラー信号が得られる。
【００９７】
カラー撮像において、緑色（Ｇ）信号は、画像の輪郭を現す輝度信号の主信号成分であるとともに、色再現上においても重要な信号成分であるため、より正確な緑色（Ｇ）信号が得られることは、忠実な輝度信号と色信号が得られることを意味する。本実施形態の固体撮像装置では、緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１２を必要とするが、従来例の固体撮像装置のように、３つのＲＧＢカラーフィルタを用いないでも、被写体からの光に忠実な緑色（Ｇ）信号が得られるカラー撮像用固体撮像装置を実現できる。
【００９８】
図３Ｂに、図３Ａに示す画素が２次元状（マトリクス状）に配置された固体撮像装置の平面図を示す。図３Ａは、図３Ｂ中の一点鎖線Ｂ−Ｂ’に沿った断面図に対応する。
緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ（緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１２ａが、図３Ａの緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１２に対応する。）が島状半導体Ｈ１２、Ｈ２２、Ｈ３２上に、島状半導体Ｈ１２、Ｈ２２、Ｈ３２を覆うように形成されている。
【００９９】
本実施形態に係る固体撮像装置は、この緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ以外は図１Ｂに示す固体撮像装置と同様にして形成される。この場合、緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃが、島状半導体Ｈ１２、Ｈ２２、Ｈ３２との間で、製造上のマスク合わせマージンを確保するための空間が必要となるが、従来例の固体撮像装置と異なり、青色（Ｂ）用カラーフィルタ及び赤色（Ｒ）用カラーフィルタが不要であるため、当該従来例の固体撮像装置と異なり、高画素密度化、低コスト化が実現される。
【０１００】
本実施形態に係る固体撮像装置では、緑色（Ｇ）信号が直接的に得られるので、島状半導体Ｈ１３、Ｈ２３、Ｈ３３から直接的に得られる赤色（Ｒ）信号と、島状半導体Ｈ１１、Ｈ２１、Ｈ３１から得られる白色（Ｗ）信号との演算処理によって、第１実施形態に係る固体撮像装置と比べ、被写体からの光により忠実な青色（Ｂ）信号が得られるようになる。これにより、第１実施形態に係る固体撮像装置と比べ、総合的にさらに良好な色再現特性が得られるようになる。また、島状半導体Ｈ１１、Ｈ２１、Ｈ３１は青色（Ｂ）用画素であるとともに、白色（Ｗ）用画素として機能するので、高感度、高ダイナミックレンジを有する固体撮像装置が実現される。
【０１０１】
図３Ｃに、本実施形態の固体撮像装置において、島状半導体Ｈ１上に青色（Ｂ）用カラーフィルタ１１を形成した態様の断面構造図を示す。島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の画素構造は、図１Ａに示す第１実施形態の固体撮像装置と同様な製造方法によって形成される。層間絶縁層９ｂと画素選択線導体層８上に絶縁層９ｄが形成される。絶縁層９ｄ上部表面は平坦化される。島状半導体Ｈ１及び絶縁層９ｄ上に青色（Ｂ）用カラーフィルタ１１が形成される。そして、絶縁層９ｄ及び青色（Ｂ）用カラーフィルタ１１上にオーバコート絶縁層９ｅが形成される。
【０１０２】
本実施形態に係る固体撮像装置では、島状半導体Ｈ１から直接的に青色（Ｂ）信号が得られる。通常、被写体から得られる光のうち、青色（Ｂ）波長光は、緑色（Ｇ）波長光、赤色（Ｒ）波長光と比べ、島状半導体Ｈ１の光電変換領域であるフォトダイオード領域１０ａに到達するまでに、各レンズ表面、島状半導体Ｈ１表面での反射、そしてＰ＋領域７ａでの光吸収によって、さらに多くが失われる。このため、青色（Ｂ）波長光成分を多く含む被写体の撮像、又は暗い場面での撮像においては、青色（Ｂ）信号のさらに良好な再現性が求められる。これに対し、本実施形態に係る固体撮像装置では、青色（Ｂ）用カラーフィルタ１１が必要となるが、従来例の固体撮像装置のように３つのＲＧＢカラーフィルタを用いることなく、被写体からの光にさらに忠実な青色（Ｂ）信号が得られるようになる。
【０１０３】
図３Ｃに示す本実施形態に係る固体撮像装置では、独立した島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３からは白色（Ｗ）信号を直接的に得ることができない。この場合、青色（Ｂ）用カラーフィルタ１１を設けた島状半導体Ｈ１とは別に、青色（Ｂ）用カラーフィルタ１１を設けていない島状半導体Ｈ１と同様な構造の島状半導体を、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３に隣接するように形成することによって、この島状半導体から白色（Ｗ）信号を得ることができる。この場合、画素領域に形成する島状半導体の数は多くなるが、高い色再現性を持つ青色（Ｂ）信号が得られるとともに、固体撮像装置に、高感度化、高ダイナミックレンジ化が実現できる。
【０１０４】
なお、本実施形態は、島状半導体Ｈ３上に赤色（Ｒ）用カラーフィルタを形成する固体撮像装置に適用しても、得られる効果が小さい。その理由は、そのような固体撮像装置では、島状半導体Ｈ３が、それ自体で、赤色（Ｒ）信号を得ることができるからである。このことは、本実施形態は、複数の色波長光成分信号を得るため、島状半導体（図１Ａでは島状半導体Ｈ１、Ｈ２が対応する。）上に所定のカラーフィルタを設ける場合に、効果が得られることを意味する。
【０１０５】
また、本実施形態では、緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１２、又は青色（Ｂ）用カラーフィルタ１１の原色型カラーフィルタを用いた場合について説明した。これに限られず、例えばシアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）などの補色型カラーフィルタを用いた場合においても、同様な効果が得られる。例えば、島状半導体Ｈ２上に、青色（Ｂ）波長光と赤色（Ｒ）波長光を透過するシアン（Ｃｙ）カラーフィルタを設けると、島状半導体Ｈ２から得られる信号出力と島状半導体Ｈ３から得られる赤色（Ｒ）信号出力との演算処理によって、青色（Ｂ）信号出力が得られる。そして、得られた赤色（Ｒ）信号出力と青色（Ｂ）信号出力と、島状半導体Ｈ１からの信号出力とを演算することによって緑色（Ｇ）信号出力が得られる。
【０１０６】
（第３実施形態）
以下、図４Ａ、図４Ｂを参照しながら、第３実施形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施形態は、第２実施形態に係る固体撮像装置をさらに改善したものである。
図４Ａに、本実施形態に係る固体撮像装置の断面構造を示す。島状半導体Ｈ１、Ｈ２Ａ、Ｈ３が、信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃ上に形成されている。島状半導体Ｈ２Ａ上に緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１２が形成されている。
【０１０７】
本実施形態では、島状半導体Ｈ１、Ｈ３の構造は図３Ａに示す島状半導体Ｈ１、Ｈ３と同様であり、島状半導体Ｈ１は青色（Ｂ）信号用であり、島状半導体Ｈ３は赤色（Ｒ）信号用である。ただし、緑色（Ｇ）信号用島状半導体Ｈ２Ａが、島状半導体Ｈ１と同じ構造であることが、図３Ａに示す形態と異なる。Ｐ＋領域７ｂｂ及びＮ領域６ｂｂの厚さが島状半導体Ｈ１のＰ＋領域７ａ及びＮ領域６ａの厚さとそれぞれ等しい。島状半導体Ｈ２Ａ上に緑色（Ｇ）用カラーフィルタ１２が形成されているため、島状半導体Ｈ２Ａから緑色（Ｇ）信号を直接的に得ることができる。これにより、図３Ａに示す場合と同様に、従来例の固体撮像装置とは異なり、青色（Ｂ）用カラーフィルタ及び赤色（Ｒ）用カラーフィルタが不要となるため、従来例の固体撮像装置に比べ、高画素密度化が実現できる。そして、第１実施形態の固体撮像装置と比べ、総合的にさらに優れた色再現特性が得られる。
【０１０８】
また、本実施形態では、島状半導体Ｈ１は青色（Ｂ）用画素であり、かつ、白色（Ｗ）用画素として機能させることができるので、高感度、高ダイナミックレンジを有する固体撮像装置を実現することができる。このように、厚さが互いに等しいＰ＋領域７ａ、７ｂｂと、島状半導体Ｈ１、Ｈ２Ａと、Ｐ＋領域７ａ、７ｂｂよりも厚いＰ＋領域を有する島状半導体Ｈ３とを含む島状半導体構造によって、図３Ａと同様な特徴を備える固体撮像装置が実現できる。かかる構成によれば、図３Ａに示す固体撮像装置における島状半導体Ｈ２のＰ＋領域７ｂを形成する工程が不要となるとともに、島状半導体Ｈ１、Ｈ２ＡのＰ＋領域７ａ、７ｂｂを同時に形成することができるので、図３Ａの固体撮像装置と比べ、さらにローコストに固体撮像装置が得られるようになる。
【０１０９】
図４Ｂに、本実施形態に係る固体撮像装置において、島状半導体Ｈ３Ａ上に赤色（Ｒ）用カラーフィルタ１３を形成した場合の構造断面図を示す。
【０１１０】
図４Ｂに示すように、本実施形態では、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３Ａが、信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃ上に形成されている。
本実施形態では、島状半導体Ｈ１、Ｈ２の構造は図３Ａに示す島状半導体Ｈ１、Ｈ２と同様であり、島状半導体Ｈ１は青色（Ｂ）信号用であり、島状半導体Ｈ２は緑色（Ｇ）信号用である。ただし、赤色（Ｒ）信号用島状半導体Ｈ３Ａが島状半導体Ｈ１と同じ構造であることが、図３Ａに示す形態とは異なる。Ｐ＋領域７ｃｃ及びＮ領域６ｃｃの厚さが島状半導体Ｈ１のＰ＋領域７ａ及びＮ領域６ａの厚さとそれぞれ等しい。島状半導体Ｈ３Ａ上に赤色（Ｒ）用カラーフィルタ１３が形成されているため、島状半導体Ｈ３Ａから、赤色（Ｒ）信号を直接的に得ることができる。このように、厚さが等しいＰ＋領域７ａ、７ｃｃを有する島状半導体Ｈ１、Ｈ３Ａと、それよりも厚いＰ＋領域７ｂを有する島状半導体Ｈ２との２つの構造からなるカラー固体撮像装置が実現できる。これにより、図３Ａに示す固体撮像装置における島状半導体Ｈ３のＰ＋領域７ｃを形成する工程が不要となるとともに、島状半導体Ｈ１、Ｈ３ＡのＰ＋領域７ａ、７ｃｃを同時に形成することができるので、図３Ａに示す固体撮像装置と比べ、さらにローコストに固体撮像装置が得られるようになる。
【０１１１】
なお、本実施形態は、島状半導体Ｈ１上に青色（Ｂ）用カラーフィルタを形成する固体撮像装置へ適用しても、得られる効果が小さい。その理由は、そのような固体撮像装置では、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３に、図１Ａに示す固体撮像装置と等しい厚さのＰ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃが必要となるからである。本実施形態は、青色（Ｂ）信号以外の信号が得られる島状半導体（図１Ａでは島状半導体Ｈ２、Ｈ３が対応する。）上に緑色、赤色などの所定のカラーフィルタを設ける固体撮像装置に適用することで効果が得られる。
【０１１２】
（第４実施形態）
以下、図５を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
図５を参照して、光を吸収する半導体基板１ａ上に光を透過する絶縁層２０が形成される。その後、図１Ａに示す第１実施形態と同様にして島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３に画素を形成する。
【０１１３】
本実施形態に係る固体撮像装置において、赤色（Ｒ）用の島状半導体Ｈ３に入射し、絶縁層２０の表面に到達した入射光線１４ａの一部は、絶縁層２０を通過して半導体基板１ａ内に進入する光線と、信号線Ｎ＋領域２ｃと絶縁層２０の界面で反射される反射光線１４ｂと、半導体基板１ａと絶縁層２０との界面で反射される反射光線１４ｃとに分かれる。この内、反射光線１４ｂ、１４ｃの一部は光電変換領域であるフォトダイオード領域１０ｃに到達し、信号電荷を発生させる。ここでは、入射光線１４ａの絶縁層２０内における多重反射効果と半導体基板１ａでの光吸収効果によって、緑色（Ｇ）波長光よりも赤色（Ｒ）波長光において反射光線１４ｂ、１４ｃの強度が大きくなるように絶縁層２０の厚さを設定する。
【０１１４】
図８Ｂに示すＳｉ（シリコン）基板の表面に入射した光のＳｉ基板の深さ方向における光吸収強度特性に見られるように、赤色（Ｒ）波長光（波長λ＝７００ｎｍ）は、緑色（Ｇ）波長光（波長λ＝５５０ｎｍ）よりも、さらに深いＳｉ基板内で吸収される。上述した、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３がシリコン（Ｓｉ）で形成される場合の島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の高さ２μｍは、赤色（Ｒ）波長光吸収特性によって決定される。ここで、赤色（Ｒ）波長光の反射光線１４ｂ、１４ｃの強度を大きくすることにより、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の高さを、感度の低下を生じることなく低くすることができる。このように島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の高さを低くすることにより、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の底部に形成する導体層５の加工が容易になるなどの製造上の利点が得られる。また、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の高さを変えない場合は、フォトダイオード領域１０ｃにおける赤色（Ｒ）波長光の吸収が増えることにより、固体撮像装置の高感度化が実現される。
【０１１５】
本実施形態では、半導体基板と画素を構成する島状半導体との間に透明絶縁層を設け、この透明絶縁層での多重反射効果による、緑色（Ｇ）波長光又は赤色（Ｒ）波長光の島状半導体への帰還を利用し、島状半導体の高さを低くすることによる製造方法の容易化、又は高感度化を実現している（例えば、特許文献３を参照）。第１〜３実施形態では、Ｐ＋領域７ｃの厚さが厚いため、Ｐ＋領域７ｃ内で吸収される赤色（Ｒ）波長光は信号電荷に寄与しない。図８Ｂを参照すれば明らかなように、光吸収の度合いは島状半導体Ｈ３の上部ほど大きいので、赤色（Ｒ）波長の光吸収による感度低下が課題になる。これに対し、本実施形態によれば、このような感度の低下が軽減される。
【０１１６】
なお、上述した実施形態では、島状半導体Ｈ１１〜Ｈ３３の上端部表層において、厚さの異なるＰ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃの配置を変更することによって、原色型又は補色型カラー画素配置を、ストライプ状又はベイヤ型配置などの市松状に配置したものに適用することができる。これに対し、島状半導体自体がジグザグ状又は市松状に配置されていても、信号処理によって各島状半導体を所定の色信号用画素として機能させることができる。
【０１１７】
図１Ａに示す第１実施形態では、Ｐ領域３ａ、３ｂ、３ｃは、Ｐ領域であるが、Ｎ領域６ａ、６ｂ、６ｃとダイオードを形成する真性半導体領域であってもよい。このような構成は、本発明のその他の実施形態においても同様に適用することができる。
【０１１８】
また、図１Ａにおける基板１は、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３に形成された画素が所定の撮像動作を行える限り、絶縁層又は半導体層であってもよい。
【０１１９】
図１Ａに示す第１実施形態では、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の下部にあるＮ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃを信号線、上部にあるＰ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃに繋がる導体層８を画素選択線としたが、島状半導体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の下部のＮ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃを画素選択線、上部のＰ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃに繋がる導体層８を信号線としてもよい。この場合、図１Ｂに示す平面図において、導体層８ａ、８ｂ、８ｃは図面の縦方向に、Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃは水平方向にそれぞれ形成される。このような構成は、本発明のその他の実施形態においても同様に適用することができる。
【０１２０】
また、図１Ａでは、信号線Ｎ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃ、島状半導体Ｐ領域３ａ、３ｂ、３ｃ、ダイオードＮ領域６ａ、６ｂ、６ｃ、Ｐ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃの場合について説明した。これに限られず、信号線Ｐ＋領域２ａ、２ｂ、２ｃ、ダイオードＰ領域６ａ、６ｂ、６ｃ、Ｎ＋領域７ａ、７ｂ、７ｃの構成であってもよい。このような構成は、本発明のその他の実施形態においても同様に適用することができる。
【０１２１】
画素選択線導体層８は、金属材料層に加えて、透明（酸化インジウム・スズ）層を用いても良い。この場合は、画素選択線導体層は、Ｐ＋領域表面を覆うように形成してもよい。
【０１２２】
なお、上記実施形態は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上記実施形態は、本発明の一実施例を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明は、島状半導体を用いて画素を形成するカラー撮像用固体撮像装置に広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１２４】
１  基板
２ａ、２ｂ、２ｃ  信号線Ｎ＋領域
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ１１〜Ｈ３３、Ｈ２Ａ、Ｈ３Ａ  島状半導体
３ａ、３ｂ、３ｃ  Ｐ領域
４ａ、４ｂ、４ｃ  絶縁層
５、５ａ、５ｂ、５ｃ  導体層
６ａ、６ｂ、６ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ  Ｎ領域
７ａ、７ｂ、７ｃ、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  Ｐ＋領域
８、８ａ、８ｂ、８ｃ  画素選択線導体層
９ａ  第１層間絶縁層
９ｂ、１７  第２層間絶縁層
９ｃ  オーバーコート絶縁層
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｂｂ、１０ｃｃ  フォトダイオード領域
１１  青色（Ｂ）用カラーフィルタ
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  緑色（Ｇ）用カラーフィルタ
１３  赤色（Ｒ）用カラーフィルタ
１４ａ  入射光線
１４ｂ、１４ｃ  反射光線
１８  絶縁層
１９  フォトレジスト層
２０  絶縁層
【要約】
固体撮像装置において、基板（１）上に形成した島状半導体（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）内の上部のＰ領域（３ａ、３ｂ、３ｃ）の外周部に光電変換ダイオードとなるＮ領域（６ａ、６ｂ、６ｃ）が形成され、Ｎ領域（６ａ、６ｂ、６ｃ）とＰ領域（３ａ、３ｂ、３ｃ）に接するように、島状半導体（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）の上端部の表層部に画素選択線導体層（８）に接続されるＰ＋領域（７ａ、７ｂ、７ｃ）が形成されている。Ｐ＋領域（７ａ）の厚さがＰ＋領域（７ｂ）より薄く、かつ、Ｐ＋領域（７ｂ）の厚さがＰ＋領域（７ｃ）より薄い。【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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